隨著我國經濟的不斷發(fā)展,居民的生活水平不斷提高,液化石油氣在全國城鄉(xiāng)已經普及,成為一種不可缺少的民用能源,但是,液化石油氣又是一種易燃、易爆、有毒等特性,往往在使用、儲存、運輸?shù)冗^程中發(fā)生爆炸、火災和中毒事故,給國民經濟的發(fā)展和人民生命財產帶來損失,對社會安全帶來巨大影響,結合我公司安全運行三十年安全無事故和管理實踐,重點從防止人的不安全行為、消除機械的物質的不安全狀態(tài)、杜絕管理上的缺陷三個方面的角度。對我國液化石油氣(LPG)安全技術的應用與研究作如下分析:
一、 液化石油氣(LPG)的特性分析
液化石油氣(LPG)是以丙烷和丁烷(丁烯)為主要成分的混合物。液化石油氣與空氣的混和氣作主氣源時,液化石油氣的體積分數(shù)應高于其爆炸上限的2倍,且混和氣的露點應低于管道外壁溫度5℃,硫化氫含量不應大于20mg/m3,液化石油氣質量指標見(表1)。
項??? 目 | 質量指標 |
密度/(kg/m3) | 報告 |
蒸氣壓/kPa??????????????????????????不大于 | 1380 |
C5及C5以上組分含量(體積百分數(shù)) ????不大于 | 3.0 |
殘留物 | ? |
蒸發(fā)殘留物/(10-2mL/mL) | 報告 |
油漬觀察值/(mL) | 報告 |
銅片腐蝕等級??? ?????????????????不大于 | 1 |
總硫含量/(mg/m3)??? ???????????不大于 | 343 |
游離水 | 無 |
注①密度系指15℃;②蒸氣壓系指37.8℃。
1、液化石油氣(LPG)的性質。
一般民用和工業(yè)用的液化石油氣有四種規(guī)格,即:
(1)以丙烷為主組合的,主要由丙烷和丙烯組成。
(2)以丁烷為主組合的,主要由正丁烷,異丁烷和丁烯組成。
(3)混合液化石油氣,由不同比例C3和C4烴類組成。
(4)高純度丙烷,約含95%的丙烷。
不同的煉油廠的液化石油氣的組成差別很大,且液化石油是一種混合物,混合物的性質主要與其化學成分有關,所以要想知道液化石油氣的性質,首先應做化學分析,然后按其化學成分和各種組分的已知數(shù)進行計算。在常溫壓下,甲烷、乙烷、丙烷和丁烷是氣態(tài),成烷為液態(tài),隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴和烯烴的相對分子質量增大,沸點升高的在相同碳原子數(shù)時,烷烴比烯烴二沸點高,液化石油氣的另一特征是,氣液兩相共存,從輸配和供應方面來看,需要熟悉其液相性質,但從燃燒器和加熱爐使用的角度看,常常關心它的氣相性質,而對于瓶裝用戶來說,可能希望了解氣液兩相的性質。
(1)液相性質。液化石油氣在常溫常壓下都以氣體狀態(tài)存在,液態(tài)流出會譜成約200倍的氣體急速擴散,液化石油氣的沸點、熔點以及臨界參數(shù)(見表2)
表2液化石油氣的部分參數(shù)
性質 | 丙烷 | 正丁烷 | 異丁烷 |
沸點 | -42.05 | -0.50 | -11.72 |
熔點 | -187.68 | -183.30 | -159.42 |
臨界溫度 | 92.67 | 152.03 | 134.99 |
臨界壓力 | 4.25 | 3.79 | 3.65 |
臨界體積 | 0.20 | 0.255 | 0.263 |
注:相對密度是指15.6℃液相密度值與4℃水的密度值(1000Kg/m3)之比。
表3? 液化石油氣的密度與相對密度
性????? 質 | 丙烷 | 正丁烷 | 異丁烷 | ||||
液相 | 氣相 | 液相 | 氣相 | 液相 | 氣相 | ||
常溫條件下 | 密度(0℃) (kg/ m3) | —— | 2.03 | —— | 2.67 | —— | 2.62 |
密度(15.6℃) (kg/ m3) | —— | 1.96 | —— | 2.60 | —— | 2.60 | |
蒸氣壓力下 | 相對密度 | 0.5077 | —— | 0.5844 | —— | 0.5631 | —— |
密度(15.6℃) (kg/ m3) | 507 | 1509 | 584 | 408 | 563 | 7.0 |
在飽和蒸氣壓下,隨著溫度的變化,密度數(shù)值有一些細微的變化,溫度升高時相對密度相對減小,而氣相密度相對增大。同其他液一樣,液化石油氣的體積隨溫度升高而增大,其增大值可用體積膨脹系數(shù)算出,15.6℃時,丙烷的體積膨脹系數(shù)近似為0.0015,丁烷近似為0.0012,是鋼體積膨脹系數(shù)的100倍,當裝滿丙烷的鋼瓶溫度上升時,每升高1℃其鋼瓶的壓力約上升3.4MPa(表壓)??梢?,氣瓶超量產裝液態(tài)LPG是非常危險的。
(2)氣相性質。液化石油氣的壓縮因子(Z)在15.7℃,101.3251cpa壓力下的Z值,見表4
表4? 液化石油氣主要組合的Z值
介質 | Z | 介質 | Z |
丙烷 | 0.9840 | 丁烯-1 | 0.969 |
丙烯 | 0.9840 | 順丁烯-2 | 0.9650 |
正丁烷 | 0.9690 | 反丁烯-2 | 0.9550 |
異丁烷 | 0.9710 | 異丁烯 | 0.9690 |
由表4可知,在標準狀態(tài)下,丙烷的摩爾體積為22.4×0.9640=22.04(L/mol)。非理想性質對液化石油氣的影響,表現(xiàn)為在同樣的壓力和溫度下,與理想氣體相比,比容稍有減小,因而其飽和蒸氣的容度有所增加。
由表3列出的數(shù)值表明,液化石油氣為空氣重的1.5-2倍,所以液化石油氣泄漏不像天然氣那樣會上升,而是沉積于地面,在經營與使用液化石油氣時,必須對此給予足夠的注意,并應采取有效的安全防護措施。因為液化石油氣易燃性大,無論氣溫多么低,一遇火種就燃燒,容易引起火災。液化石油氣燃燒時必須有約30倍的空氣,火焰呈淺藍色,無煙。常壓下液化石油氣的露點與其沸點很接近,壓力提高,露點顯著提高,加入空氣時適將其反。由于沸點較高,因而比丙烷先冷凝,這樣在加壓輸送丁烷或丙烷,丁烷混合氣時,應對所用管道保溫處伴熱,防止流體冷凝。
(3)結冰現(xiàn)象。液化石油氣中可能溶有微量的水,無論是液化石油氣的液相還是在氣相中,水的溶解度都會隨溫度升高而增大。在低溫時,溶于液化石油氣中的水就會析出,這種現(xiàn)象被寵位地稱為“結冰現(xiàn)象”。水析出的方式有兩種,一種是由于液相溫度下降,水的溶解度降低,水就從中離析出來,積于貯罐,液相管和蒸發(fā)器內,隨著溫度下降離的出來的水質會結冰,另一種是液相通過減壓閥膨脹時,氣體中的水離析出來并結冰。總之,無論在低溫中壓或高溫高壓下,都有可能結冰,即生成烷類水化物(白色結晶)。如果溫度和壓力條件適當,而且有充分的水量,固態(tài)水化物就會不斷地生成,直到將閥門、管道的高壓器全部堵塞,為了防止在生產裝置中形成烴類水化物,應對液化石油氣進行干燥或在液化石油氣中加入0.1%(容積)的甲醇,降低其水化物生成的溫度。